通訊技術(shù)在計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中應(yīng)用

朱玲

摘要：由于配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行方式經(jīng)常改變，進(jìn)一步提高點(diǎn)對(duì)點(diǎn)之間的通訊可靠性，提高通信速率，依賴于通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。本文介紹了中壓配電載波通訊技術(shù)系統(tǒng)，闡述了提高通訊可靠性技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)絡(luò)；中壓配電載波通信；可靠性

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)用電大戶用電信息進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、高效、及時(shí)收集和掌控，加快費(fèi)用結(jié)算周期，分析電力市場(chǎng)變化，提高服務(wù)水平，采用新的通訊技術(shù)實(shí)時(shí)采集用電信息勢(shì)在必行。在大用戶計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中通信系統(tǒng)的建設(shè)是非常關(guān)鍵的，隨著通信技術(shù)的發(fā)展，目前可供使用、選擇的通信方式有多種多樣。按照傳統(tǒng)的分類方法，可簡(jiǎn)單地分為：有線方式和無線方式，其中有線方式包括有：架空明線或電纜、配電線載波（DLC）、郵電本地網(wǎng)、光纖、有線電視網(wǎng)（CATV）、現(xiàn)場(chǎng)總線、專線等；無線方式包括：一點(diǎn)多址微波、傳統(tǒng)無線電通信（如AM、FM、PM 等）、無線擴(kuò)頻、衛(wèi)星通信、無線尋呼、數(shù)控電臺(tái)等。

1 中壓配電網(wǎng)通道的特點(diǎn)

中壓配電載波通信以中壓配電網(wǎng)作為數(shù)據(jù)的傳輸通道，實(shí)現(xiàn)變電站和配電點(diǎn)之間雙向的數(shù)據(jù)通訊和信息交換，在經(jīng)濟(jì)性、便利性等方面具有其他通信方式無可比擬的優(yōu)勢(shì)。由于配電網(wǎng)上的負(fù)載千變?nèi)f化，多種多樣，配電網(wǎng)和電力設(shè)備在運(yùn)行和操作中存在著電暈、電弧和火花放電等現(xiàn)象，因此以中壓配電網(wǎng)作為通信的傳輸媒介，干擾非常嚴(yán)重，其傳輸特性在不同的地點(diǎn)各不相同。即使是在相同的區(qū)域，不同時(shí)間的傳輸特性也不相同，具有較強(qiáng)的時(shí)變性。

2 中壓配電載波通訊技術(shù)系統(tǒng)方案

整個(gè)系統(tǒng)采用分層分布式管理，分三層結(jié)構(gòu)：主站系統(tǒng)、變電站二級(jí)系統(tǒng)、用戶終端設(shè)備。

2.l 主站系統(tǒng)

主站系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB服務(wù)器、報(bào)表工作站、系統(tǒng)管理工作站、通訊工作站等。通訊工作站利用光纖、電話、專線等通訊方式，與變電站二級(jí)系統(tǒng)的電能量數(shù)據(jù)采集終端（ERTU）進(jìn)行通信。主站系統(tǒng)采用功能化和模塊化的設(shè)計(jì)思想，完成對(duì)數(shù)據(jù)的處理與分析功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括以下功能模塊：數(shù)據(jù)自動(dòng)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)辨識(shí)過濾子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)計(jì)算子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)異常事件報(bào)警子系統(tǒng)、隨時(shí)抄表子系統(tǒng)、檔案管理子系統(tǒng)、系統(tǒng)管理子系統(tǒng)、智能報(bào)表子系統(tǒng)、用電分析子系統(tǒng)、遠(yuǎn)程在線維護(hù)子系統(tǒng)。

2.2 變電站二級(jí)系統(tǒng)

變電站二級(jí)系統(tǒng)包括電能量數(shù)據(jù)采集終端（ERTU）和中壓配電載波設(shè)備。ERTU通過RS485總線方式與站內(nèi)的中壓配電載波設(shè)備進(jìn)行接口，站內(nèi)的中壓配電載波設(shè)備再通過l0kV中壓配電網(wǎng)與用戶終端設(shè)備的中壓配電載波設(shè)備實(shí)現(xiàn)載波通訊。變電站二級(jí)系統(tǒng)完成工業(yè)大用戶電能表檔案的錄入、電能表數(shù)據(jù)采集、電能表數(shù)據(jù)預(yù)處理及保存、數(shù)據(jù)上傳等工作，主要功能如下：數(shù)據(jù)采集：根據(jù)錄入的工業(yè)大用戶電能表檔案，通過中壓配電載波傳輸通道定時(shí)采集大用戶電能表的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)保存：完成電量、瞬時(shí)量、電網(wǎng)質(zhì)量、電壓合格率等數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存。數(shù)據(jù)傳輸：通過光纖、電話、專線等遠(yuǎn)程通信方式，實(shí)現(xiàn)與各級(jí)監(jiān)控中心實(shí)時(shí)通信，并具備RS232接口用于變電站內(nèi)通信。

2.3用戶終端設(shè)備

用戶終端設(shè)備包括中壓配電載波設(shè)備和大用戶電能表。大用戶電能表采用具有負(fù)荷曲線記錄功能的全電子式多功能三相交流電能表。中壓配電載波設(shè)備與大用戶電能表的接口是通過RS485 總線方式實(shí)現(xiàn)的。

3 中壓配電載波傳輸通道

中壓配電載波傳輸通道由中壓配電載波調(diào)制解調(diào)器（包括變電站側(cè)的載波主MODEM 和大用戶側(cè)的載波從MODEM）、單相耦合裝置（包括耦合電容和結(jié)合濾波器）、l0kV 配電線路構(gòu)成。系統(tǒng)的通訊方式采用POLLING 的應(yīng)答方式。變電站中壓配電載波主MODEM 將電能量數(shù)據(jù)采集終端發(fā)出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為載波信號(hào)后，以1對(duì)N方式從變電站母線注入信號(hào)，通過變電站l0kV耦合裝置將信號(hào)耦合到l0kV線路上，經(jīng)每條饋線回路到達(dá)各大用戶點(diǎn)，大用戶點(diǎn)的中壓配電載波從MODEM 接收到載波信號(hào)后轉(zhuǎn)發(fā)給大用戶電能表，電能表的有關(guān)信息再經(jīng)載波從MODEM 轉(zhuǎn)換為載波信號(hào)耦合到l0kV線路上傳至變電站，從而實(shí)現(xiàn)變電站電能量數(shù)據(jù)采集終端與大用戶電能表之間的雙向數(shù)據(jù)通訊。

中壓配電載波調(diào)制解調(diào)器由高速數(shù)字信號(hào)處理器、載波通訊控制器、信號(hào)放大設(shè)備、數(shù)據(jù)接口設(shè)備和人機(jī)接口設(shè)備組成，主要完成對(duì)載波信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。在高速數(shù)字信號(hào)處理器的控制下，一方面對(duì)從電力線耦合下的載波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并通過RS485接口送至終端設(shè)備，另一方面將RS485接收的數(shù)字信號(hào)調(diào)制為載波信號(hào)耦合到電力線路上。

在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，為了節(jié)省耦合設(shè)備的投資，同時(shí)為了方便以后的運(yùn)行、維護(hù)，變電站、大用戶點(diǎn)全部采用單相耦合裝置，其耦合方式采用相地耦合（如圖1所示），但是需要注意的是，變電站側(cè)與大用戶側(cè)必須選擇同一相線（如C相）進(jìn)行耦合。

圖1 耦合方式

4 提高通訊可靠性的技術(shù)措施

中壓配電網(wǎng)絡(luò)由于具有高噪聲、阻抗變化范圍大、損耗大等特點(diǎn)，因此如何提高通道通訊的可靠性是中壓配電載波通訊技術(shù)在工業(yè)大用戶計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中得到成功廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。針對(duì)中壓配電網(wǎng)對(duì)載波通訊的固有干擾及衰變特性，通過對(duì)線路特性的實(shí)際測(cè)量分析，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和應(yīng)用中采用了多種技術(shù)措施，分述如下。

整個(gè)系統(tǒng)采用分層分布式的管理結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的管理、維護(hù)方便。工業(yè)大用戶的數(shù)據(jù)抄讀采用帶地址下發(fā)的廣播式的通訊方式，全網(wǎng)無須阻波器。耦合裝置采用一體化設(shè)計(jì)方案，設(shè)備安裝方便，回波衰耗小，內(nèi)部具有多種抗干擾及保護(hù)措施。載波信號(hào)的處理采用中斷處理方式，響應(yīng)速度快，采用半雙工的通訊方式，數(shù)據(jù)進(jìn)行多重校驗(yàn)措施，保證數(shù)據(jù)的正確、完整。

系統(tǒng)中的中壓配電載波傳輸通道采用常規(guī)載波方式中的窄帶移頻鍵控（FSK）通訊技術(shù)。設(shè)計(jì)上采用雙載頻自動(dòng)切換收發(fā)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)大用戶點(diǎn)采用兩種不同的載波頻率進(jìn)行通訊。通過判斷線路對(duì)某一頻率的干擾程度，自動(dòng)采用干擾小的頻率進(jìn)行通訊，能有效解決窄帶通訊中對(duì)帶內(nèi)噪聲的抗干擾性差的缺陷，保障載波通訊的穩(wěn)定。

載波通訊中選用高接收靈敏度的電力線載波收發(fā)芯片，通過芯片內(nèi)部的六級(jí)濾波電路及外圍設(shè)計(jì)的高性能選頻電路和小信號(hào)放大電路，可達(dá)到-70dB的接收靈敏度，能有效克服信號(hào)的衰減及提高對(duì)白噪聲的抗干擾特性。

采用可現(xiàn)場(chǎng)對(duì)通訊頻率進(jìn)行設(shè)置的方案。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)配電線路噪聲和阻抗特性的測(cè)量，總結(jié)出不同配電線路的干擾特性，通過設(shè)備上選定相應(yīng)的撥碼開關(guān)設(shè)定載波通訊的頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同線路的頻率設(shè)定，保證障通訊的可靠。通過調(diào)節(jié)耦合變壓器的輸出，能實(shí)現(xiàn)對(duì)線路阻抗的最佳匹配，實(shí)現(xiàn)載波信號(hào)到配電線路上的最佳輸出。

采用中繼功能設(shè)計(jì)。中繼功能的應(yīng)用，能保證較遠(yuǎn)距離或干擾大的大用戶點(diǎn)數(shù)據(jù)的通訊。此外采用中繼MODEM與載波從MODEM的一體化設(shè)計(jì)，即系統(tǒng)中的任何一臺(tái)載波從MODEM 都能實(shí)現(xiàn)中繼功能，無需外加中繼設(shè)備。配電線路特殊情況下自動(dòng)設(shè)置中繼方案設(shè)計(jì)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)情況發(fā)生變化時(shí)，可實(shí)現(xiàn)本不需中繼通訊的通訊點(diǎn)的數(shù)據(jù)由選定的中繼點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。

采用負(fù)荷曲線的數(shù)據(jù)補(bǔ)抄功能設(shè)計(jì)。電能表定時(shí)產(chǎn)生負(fù)荷曲線，由電能量數(shù)據(jù)采集終端發(fā)命令讀取記錄數(shù)據(jù)。能解決由于線路故障、停電等原因抄表失敗后，保證數(shù)據(jù)的完整性。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)和測(cè)量，當(dāng)信噪比高于l3dB時(shí)，系統(tǒng)的誤碼率≤1×10-5，此時(shí)信號(hào)的衰減達(dá)到-39dB；當(dāng)信噪比在l0～l3dB之間時(shí)，系統(tǒng)的誤碼率≤1×10-4，此時(shí)信號(hào)的衰減達(dá)到-45dB。大量的實(shí)際應(yīng)用表明，本系統(tǒng)方案充分利用了窄帶移頻鍵控（FSK）通訊技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，完全滿足工業(yè)大用戶計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的要求。

5 結(jié)束語

工業(yè)大用戶計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，采用中壓載波通訊技術(shù)，利用l0kV配電線路構(gòu)建通訊網(wǎng)絡(luò)，是一種經(jīng)濟(jì)可行的方案。若再將配電線的載波通訊系統(tǒng)與光纖主通訊網(wǎng)或其它主通訊網(wǎng)配合使用，還能為配電自動(dòng)化提供一個(gè)可靠的完整的通訊網(wǎng)絡(luò)。

參考文獻(xiàn)：

[l]GB / T l3730-92 地區(qū)電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)條件[S].